SSD分類圖
遭遇SSD寫放大 讀寫性能如何優(yōu)化？
在HDD上，數(shù)據(jù)可以直接覆蓋，所以邏輯地址和物理地址是一一對應(yīng)的，不會變更。但SSD硬盤受限于Flash NAND的讀寫特性，數(shù)據(jù)不能像在機(jī)械硬盤里那樣被直接覆蓋，必須先擦除才能改寫(編程)，而且數(shù)據(jù)寫入和擦除的最小單位不同；讀寫以Page (頁)為單位，擦除以Block（塊）為單位，通常的Page Size(頁大小)是4KB，而擦除最小單位是Block (塊)，一般包含128個Page，即512KB，使得在執(zhí)行寫入和改寫操作時，需要將原有不需改寫的若干Page數(shù)據(jù)加以移動(或重寫)，以滿足擦除的最小單位Block，這些多余的對無關(guān)Page的讀寫操作增加了數(shù)據(jù)的訪問量，即寫入放大，減少了閃存盤的使用壽命，極大地影響了閃存盤的性能。
傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)的初衷往往是針對HDD設(shè)計的，那么如果直接在傳統(tǒng)磁盤陣列上配置SSD時，又會造成什么樣的影響呢？當(dāng)一個Block中有1個4KB的數(shù)據(jù)更新（D1→D1’）和一個4KB的數(shù)據(jù)塊刪除(D3)時，系統(tǒng)要將整個可擦除塊的數(shù)據(jù)讀到緩存，在緩存里更新整個數(shù)據(jù)塊，擦除塊，再把更新后的數(shù)據(jù)寫入新擦除過的塊。整個數(shù)據(jù)操作流程帶來的實際后果是，雖然只需要寫4K的數(shù)據(jù)、刪除4K的數(shù)據(jù)，但這兩個簡單的更新操作，實際卻造成了整個塊（共512KB）的讀出和寫入操作，讀寫操作一共放大了128倍，從而形成寫放大，影響SSD壽命。并且需要讀取、緩存更新、擦除、寫入4個操作步驟才能完成，造成延時大大增加，影響SSD性能。
寫放大影響固態(tài)存儲性能
數(shù)據(jù)條帶化，浪潮HF5000的創(chuàng)造性優(yōu)化
針對于SSD介質(zhì)的特性，浪潮HF5000-F存儲系統(tǒng)從設(shè)計之初就進(jìn)行了創(chuàng)造性的優(yōu)化，采用MASP架構(gòu)（Multi-layer Accelerated Sequential Polymeritio，多級加速順序化聚合架構(gòu)），利用日志式文件系統(tǒng)，對隨機(jī)不同大小的應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行順序化整理，轉(zhuǎn)換成一個順序的條帶，當(dāng)該條帶達(dá)到最優(yōu)尺寸（即每塊SSD寫入一個可擦除塊的512KB數(shù)據(jù)），就將數(shù)據(jù)順序、完整地寫入后端SSD盤中。
浪潮全固態(tài)存儲HF5000
整個的寫入數(shù)據(jù)過程只需三步：首先，主控制器NVDIMM收到寫請求，與備控制器NVDIMM鏡像，完成后返回主機(jī)，告知寫完成；第二步，寫數(shù)據(jù)在內(nèi)存中進(jìn)行在線重復(fù)數(shù)據(jù)刪除和快速壓縮，組成條帶；最后，每個條帶被整理成10MB，然后一次性下刷到RAID組中（RAID組中的24塊盤邏輯上可以看做20塊數(shù)據(jù)盤+3塊校驗盤+1塊熱備盤，10MB分到每個數(shù)據(jù)盤上正好是512KB，與SSD的擦除塊大小一致，從而實現(xiàn)最大的寫入效率）。
讓我們再來與傳統(tǒng)SSD做一下對比，當(dāng)一個Block中有1個4KB的數(shù)據(jù)更新（D1→D1’）時，更新的數(shù)據(jù)塊會隨著新寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行順序化整理，跟著整條帶在新位置追加寫入，無需額外的讀寫操作，無寫放大，不影響SSD性能和壽命。
MASP架構(gòu)可優(yōu)化SSD性能
MASP的優(yōu)勢
除了可以針對SSD技術(shù)優(yōu)化、降低寫入放大之外，浪潮MASP架構(gòu)還有哪些優(yōu)勢？
其一：NVDIMM日志保障數(shù)據(jù)安全
采用日志式文件系統(tǒng)，寫入數(shù)據(jù)的日志信息存放在非易失NVDIMM中，保障意外掉電場景下的數(shù)據(jù)安全，只要有NVDIMM中的日志在，即使數(shù)據(jù)損毀了，仍然可以通過日志回滾的方式恢復(fù)數(shù)據(jù)；
其二：NVDIMM加速提供更高寫性能
利用NVDIMM相比普通DDR4更高的相應(yīng)速度，為后續(xù)的數(shù)據(jù)順序化整理帶來時間，借助CPU的處理能力，提升寫性能，降低寫入延時，可以保障系統(tǒng)的寫性能與讀性能一致，彌補由于SSD介質(zhì)本身讀寫性能的落差；
其三：在線重刪＋壓縮，提高空間使用效率
在用戶數(shù)據(jù)寫入SSD存儲層之前，進(jìn)行在線重復(fù)數(shù)據(jù)消除操作，該過程將伴隨后續(xù)的在線數(shù)據(jù)壓縮操作，共同起到提高空間使用效率的作用。
